긴 원통에 촘촘히 감은 줄의 속과 밖 비교하기
물리 2 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
안내 — 이 평가지에는 개념 용어가 일부러 빠져 있습니다. 지시를 따라 손으로 직접 해 본 뒤, 그 결과를 여러분의 말로 해석하고 성찰하여 서술하세요. 정답 문장이 정해져 있지 않으니, 이유를 붙인 자기 생각이면 됩니다. 예제: 길이 25 cm 원통에 500번 감은 도선 (비교용: 같은 도선을 성기게 100번만 감은 경우)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①길이 25 cm 원통에 도선을 촘촘히 500번 감고 전류를 2.0 A 흘리세요.
- ②원통 속 앞·가운데·뒤 세 곳에 작은 나침반을 넣어 바늘 방향과 돌아간 각을 [칸 A]에 적으세요.
- ③원통 밖 옆면과 끝 바깥쪽에 나침반을 놓고 방향과 각을 [칸 A]에 이어서 적으세요.
- ④원통 두 끝 중 쇠클립이 더 잘 붙는 쪽을 찾아 [칸 B]에 표시하세요.
- ⑤전류를 4.0 A로 올린 뒤 가운데의 각을 다시 재어 [칸 C]에 적으세요.
- ⑥같은 원통에 도선을 성기게 100번만 감고 2.0 A에서 가운데 각을 재어 [칸 D]에 적으세요.
- ⑦④의 쪽에 막대자석의 두 끝을 차례로 가까이 대 보고 결과를 [칸 E]에 적으세요.
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)원통 속 세 곳의 각은 서로 어떠했고, 밖의 각과는 어떻게 달랐나요? 이 원통 안이 어떤 곳인지 여러분의 말로 쓰세요. (15점)
✎ 속 세 곳은 서로 ___했고 밖은 ___했다. 그래서 원통 안은 …
(2)[칸 C]와 [칸 D]를 [칸 A]의 가운데 값과 비교해 보세요. 전류와 감은 횟수 중 무엇을 바꿔야 각이 커지나요? 이것이 우연인지 규칙인지, 250번 감아 직접 확인한 결과와 함께 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 250번 감아 해 보니 …
(3)[칸 E]에서 막대자석의 두 끝은 각각 어떻게 반응했나요? 이 원통이 무엇처럼 행동한다고 볼 수 있을지 이유와 함께 쓰세요. (10점)
3
성찰 — 활동을 내 것으로 만들기
30점
(1) 순서 다시 짜기 — 이 실험을 처음 하는 친구에게 나라면 어떤 순서로 시킬지 쓰고, 왜 그 순서인지 한 문장으로 이유를 붙이세요. 지워도 되는 단계가 있다면 그것도 쓰세요. (15점)
(2) 이름 붙이기 — 오늘 재고 비교한 것을 세 문장으로 정리한 뒤, 각 문장이 가리키는 것에 교과서에서 배운(또는 배울) 과학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 속·밖 위치별 값을 빠짐없이 재고, 감은 횟수와 전류를 바꾼 측정을 정확히 수행함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 속이 고르다는 점과 무엇이 세기를 정하는지를 숫자로 확인해 설명하고 직접 검증한 근거가 있음 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
긴 원통에 촘촘히 감은 줄의 속과 밖 비교하기 · 각 20점 · 총 100점
안내 — 1쪽에서 스스로 세운 개념을 이번에는 반복해서 적용해 봅니다. 풀이 과정을 빈 곳에 쓰고, 다 푼 뒤 맨 아래 정답으로 스스로 채점하세요.
1.솔레노이드 내부 자기장의 특징 두 가지를 쓰고, 자기장의 방향을 정하는 방법을 서술하시오.
2.길이 0.25 m에 500번 감은 솔레노이드에 2.0 A가 흐를 때 내부 자기장의 세기를 구하시오. (B = 4π×10⁻⁷ × nI, n은 단위 길이당 감은 수)
3.길이 0.50 m에 1000번 감은 솔레노이드에 1.5 A가 흐를 때 내부 자기장의 세기를 구하시오.
4.n = 2000 회/m인 솔레노이드 내부 자기장이 2.51×10⁻³ T가 되려면 전류를 얼마로 해야 하는가?
5.솔레노이드에 철심을 넣으면 자기장이 훨씬 세진다. 그 까닭을 서술하시오.
정답
1. 내부는 축에 나란하고 세기가 거의 균일하다(외부는 매우 약함). 오른손 네 손가락을 전류가 감기는 방향으로 감으면 엄지가 내부 자기장 방향이다.
2. n = 500/0.25 = 2000 회/m, B = 4π×10⁻⁷×2000×2.0 ≈ 5.0×10⁻³ T
3. n = 2000 회/m, B = 4π×10⁻⁷×2000×1.5 ≈ 3.8×10⁻³ T
4. I = B/(4π×10⁻⁷×n) = 2.51×10⁻³/(2.513×10⁻³) ≈ 1.0 A
5. 철심이 자기화되어 원래 자기장과 같은 방향의 자기장을 더하기 때문(투자율이 커짐). 전자석의 원리이다.